城市轨道交通牵引供电技术分析

1 城市轨道交通牵引供电技术的优势

1.1 高效节能优势

城市轨道交通牵引供电技术采用先进的变流技术和能量回收系统，能显著提升能源利用效率。在列车制动过程中，该技术可将列车的动能转化为电能并回馈至电网，实现能量的循环利用。相较于传统的交通供电方式，这种能量回收机制大大降低了能源损耗，有效减少了运营成本。例如，在一些大型城市的地铁线路中，应用此技术后，能源消耗可降低 20%-30% ，为城市的节能减排目标做出了重要贡献。

1.2 可靠性与稳定性优势

城市轨道交通牵引供电系统具备高度的可靠性和稳定性。它采用冗余设计理念，配备多套供电设备和保护装置。当某一供电环节出现故障时，系统能够迅速切换至备用设备，确保列车的正常运行不受影响。此外，先进的监测和诊断技术实时对供电设备的运行状态进行监控，提前发现潜在故障并及时进行维修处理，大大降低了因供电故障导致的列车停运风险，为城市轨道交通的安全稳定运营提供了坚实保障。

1.3 环保优势

城市轨道交通牵引供电技术对环境的影响较小。与传统的燃油交通工具相比，它不产生尾气排放，减少了空气污染和温室气体排放。同时，供电系统的建设和运营过程中，注重对周边生态环境的保护，采用环保型的材料和设备，降低了对土地、水资源等的影响。此外，由于城市轨道交通能够有效缓解地面交通拥堵，减少了其他交通工具的使用，进一步降低了整个城市的能源消耗和环境污染。

2 城市轨道交通牵引供电技术的具体应用

2.1 直流牵引供电系统在城市轨道交通中的应用

直流牵引供电系统是城市轨道交通中较为常用的一种供电方式。它主要由牵引变电所、馈电线、接触网、轨道和回流线等部分组成。在城市轨道交通线路上，牵引变电所如同能量转换的枢纽，将高压交流电转换为适合列车运行的直流电。通过馈电线，直流电被输送到接触网。接触网通常架设在轨道上方，列车通过受电弓与接触网接触，获取电能以驱动列车运行。而轨道在直流牵引供电系统中扮演着回流导体的角色，列车运行过程中产生的电流通过轨道回流至牵引变电所，从而形成一个完整的电气回路。这种供电系统具有结构相对简单、成本较低、技术成熟等优点。对于大多数城市的地铁、轻轨等轨道交通项目而言，直流牵引供电系统能够满足列车的动力需求。例如，在一些中小城市的轨道交通线路中，由于客流量相对较小，列车运行速度适中，采用直流牵引供电系统可以有效地降低建设和运营成本。同时，其技术的成熟性也使得系统的维护和管理相对容易，减少了运营过程中的故障发生率。然而，直流牵引供电系统也存在一些局限性。由于直流电压的限制，其供电距离相对较短，在长距离的轨道交通线路中，需要设置更多的牵引变电所，这无疑增加了建设成本和占地面积。此外，直流牵引供电系统在运行过程中会产生一定的电磁干扰，对周边的电子设备和通信系统可能会造成影响。

2.2 交流牵引供电系统在城市轨道交通中的应用

交流牵引供电系统则是另一种重要的城市轨道交通供电方式。它主要采用工频单相交流制，通过牵引变压器将高压交流电转换为适合列车使用的电压等级。与直流牵引供电系统不同，交流牵引供电系统的接触网电压较高，能够实现更长距离的供电。在交流牵引供电系统中，列车上配备有牵引变流器，它可以将接触网上的交流电转换为直流电，再为列车的牵引电机提供动力。这种供电方式具有供电距离长、功率大等优点，适用于高速、大运量的城市轨道交通线路。例如，在一些大城市的快速轨道交通线路或者城际轨道交通线路中，交流牵引供电系统能够更好地满足列车高速运行和大运量运输的需求。交流牵引供电系统的技术相对复杂，其设备成本和维护难度也较高。牵引变压器、牵引变流器等设备的价格较为昂贵，而且对设备的性能和可靠性要求较高。此外，交流牵引供电系统在运行过程中会产生谐波，对电网的电能质量可能会造成一定的影响，需要采取相应的谐波治理措施。

2.3 混合供电系统在城市轨道交通中的应用

为了充分发挥直流牵引供电系统和交流牵引供电系统的优势，减少各自的局限性，混合供电系统应运而生。混合供电系统结合了直流和交流两种供电方式的特点，在不同的线路区段采用不同的供电方式。在城市轨道交通线路的市区段，由于车站间距较小、列车运行速度相对较低，通常采用直流牵引供电系统。这样可以利用直流牵引供电系统结构简单、成本低的优点，满足市区段列车的运行需求。而在郊区段或者长距离的线路区段，由于车站间距较大、列车需要更高的运行速度和功率，采用交流牵引供电系统更为合适。通过这种方式，可以优化供电方案，降低建设成本，提高供电效率。混合供电系统的设计和运行管理相对复杂，需要解决两种供电方式之间的衔接和转换问题。在列车从直流供电区段进入交流供电区段或者从交流供电区段进入直流供电区段时，需要确保列车能够平稳地切换供电方式，避免出现断电或者电气故障。此外，混合供电系统的监控和维护也需要更加精细的管理，以确保整个供电系统的安全可靠运行。

2.4 储能技术在城市轨道交通牵引供电系统中的应用

随着能源问题的日益突出和对节能减排的要求不断提高，储能技术在城市轨道交通牵引供电系统中的应用越来越受到关注。储能技术可以在列车制动时将多余的能量储存起来，在列车加速时再将储存的能量释放出来，为列车提供辅助动力。常见的储能技术包括超级电容储能、蓄电池储能等。超级电容具有充放电速度快、功率密度高的优点，能够在短时间内储存和释放大量的能量。在城市轨道交通中，超级电容可以安装在列车上或者牵引变电所内，当列车制动时，超级电容迅速吸收列车产生的制动能量，当列车加速时，超级电容再将储存的能量释放出来，为列车提供额外的动力。蓄电池储能则具有能量密度高、储存时间长的优点。它可以作为一种备用电源，在牵引供电系统出现故障或者停电时，为列车提供应急供电，确保列车能够安全地停靠在车站。此外，蓄电池储能还可以在电网用电低谷时储存电能，在用电高峰时释放电能，起到削峰填谷的作用，提高电网的运行效率。储能技术的应用不仅可以提高城市轨道交通的能源利用效率，减少能源消耗和运营成本，还可以降低对电网的依赖，提高供电系统的可靠性和稳定性。然而，储能技术目前还存在一些问题，如储能设备的成本较高、使用寿命有限等，需要进一步的技术创新和成本降低，才能在城市轨道交通中得到更广泛的应用。

3 结语

城市轨道交通牵引供电技术是现代城市交通基石，其发展应用关乎城市公共交通系统整体性能。本文深入探讨牵引供电技术优势与应用场景，直流、交流、混合供电系统各具特色，可适应不同运营需求。引入储能技术为提升能源利用效率和供电可靠性提供新方向。未来，随科技进步与城市化加快，牵引供电技术将向更高效、智能、环保方向发展，这既需技术创新，也需政策引导与跨领域合作，以实现城市轨道交通系统可持续发展。

参考文献：

[1] 付翠英. 城市轨道交通牵引供电技术分析[J]. 人民公交，2025，（02）：112-114.

[2] 王智鹏，李岩 . 城市轨道交通牵引供电技术研究 [J]. 通讯世界，2024，31（05）：103-105.